电气专业方向综合课程设计任务书目录1.单相半波可控整流系统 (1)1.1晶闸管的仿真 (1)1.1.1晶闸管模型 (1)1.1.2晶闸管参数及其设置 (1)1.2单相半波可控整流电路的仿真 (2)1.2.1电路图及工作原理 (2)1.2.2建立仿真模型 (2)1.2.3模型参数简介与设置 (3)1.2.4 仿真结果 (5)2.晶闸管三相桥式整流系统的仿真 (9)2.1电路图及工作原理 (9)2.2建立仿真模型 (9)2.3模型参数简介与设置 (10)2.4仿真结果 (12)3.降压斩波电路（Buck变换器） (14)3.1可关断晶闸管（GTO）的仿真 (14)3.1.1可关断晶闸管模型 (14)3.1.2可关断晶闸管参数及其设置 (14)3.2 Buck变换器的仿真 (15)3.2.1电路图及工作原理 (15)3.2.2建立仿真模型 (15)3.2.3模型参数简介与设置 (16)3.4 仿真结果 (17)4.升压斩波电路（Boost变换器） (18)4.1绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真 (18)4.1.1绝缘栅双极型晶体管模型 (18)4.1.2绝缘栅双极型晶体管参数及其设置 (18)4.2 Boost变换器的仿真 (19)4.2.1电路图及工作原理 (19)4.2.2建立仿真模型 (19)4.2.3模型参数简介与设置 (19)4.3仿真结果 (20)5.相位控制的晶闸管单相交流调压器带系统的仿真 (21)5.1电路图及工作原理 (21)5.2建立仿真模型 (21)5.3模型参数设置 (21)5.4 仿真结果 (22)6.课程设计总结 (24)参考文献 (25)1.单相半波可控整流系统1.1晶闸管的仿真1.1.1晶闸管模型晶闸管是一种门极信号触发导通的半导体器件。
晶闸管有两个输入端和两个输出端，第一个输入与输出是阳极媏（a）与阴极端（k），第二个输入（g）是门极控制信号端如图①，当勾选“Show measurement port”项时便显示第二个输出端（m）如图②，这是晶闸管检测输出向量[Iak Uak]端，可连接仪表检测流经晶闸管的电流（Iak）与晶闸管的正向压降（Uak），晶闸管组件的符号和仿真模型图如图所示。
图①图②晶闸管组件的符号和仿真模型1.1.2晶闸管参数及其设置在模型结构图中，当鼠标双击模型时，则弹出晶闸管参数对话框，如下图所示“Resistance Ron(Ohms)”：晶闸管导通电阻Ron （Ω）。
“Inductance Lon （H ）”：晶闸管元件电感Lon （H ）。
电感参数与电阻参数不能同时设 为0“Forward voltage Vf （V ）”：晶闸管元件的正向管压降Vf （V ）。
“Initial current Ic （A ）”：初始电流Ic （A ）。
“Snubber resistance Rs （ohms ）”：缓冲电阻Rs （Ω）。
“Snubber capacitance Cs （F ）”：缓冲电容Cs （F ）。
可对Rs 与Cs 设置不同的数值以改变或者取消吸收电路。
“Show measurement port ”为设置是否显示检测端（m ）。
需要说明的是，含有晶闸管模型的电路仿真时，最好采用特定的算法Ode23tb 与Oder15s ，而当电路进行离散化处理时，晶闸管的电感量应设为0。
1.2单相半波可控整流电路的仿真 1.2.1电路图及工作原理du Tr单相半波可控整流电路（阻-感性负载）图如上图所示，当晶闸管VT 处于断态时，电路中电流Id=0，负载上的电压为0，U 2全部加在VT 两端，在触发角α处，触发VT 使其导通，U 2加于负载两端，由于电感L 的存在使电流id 不能突变，id 从0开始增加同时L 的感应电动势试图阻止id 增加，这时交流电源一方面供给电阻R 消耗的能量，一方面供给电感L 吸收的电磁能量，到U 2由正变负的过零点处处id 已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT 仍处于导通状态，当id 减小至零，VT 关断并承受反向压降，电感L 延迟了VT 的关断时刻使Ud 波形出现负的部分。
1.2.2建立仿真模型根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，整体模型如图所示单相半波晶闸管可控整流电路（阻感负载）的仿真模型仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.12，如下图所示1.2.3模型参数简介与设置①交流电压源提取路径：Simulink\SimPoweSysten\Electrical\ACVoltage Source“Peak amplitude”:正弦电压峰值Um，单位V，“Phase”：正弦电压初相角φ,单位度，“Frequency”：正弦电压频率f，单位Hz，“Sample time”：采样时间，单位 s，本实验参数设置为频率50Hz，电压幅值220V，其他为默认设置，如右图所示。
②晶闸管提取路径：Simulink\SimPoweSysten\Power Electronics \Thyristor设置“Snubber resistance Rs （ohms）”缓冲电阻Rs=500Ω，“Snubber capacitance Cs（F）”：缓冲电容Cs为无穷大inf其他为默认设置，如右图所示③RLC元件提取路径：Simulink\SimPoweSysten\Elements \Series RLC Branch设置“Resistance (Ohms)”电阻R=1Ω，“Inductance Lon（H）”电感L=5e-3H，“capacitance（F）”电容为无穷大inf，“measurements”测量选None如右图所示④脉冲信号发生器提取路径：Simulink\Simlink\Source\Pulse Generator“Amplitude”：脉冲幅值，“Period(secs)”：周期（秒），“Pulse Width(% of Period”：脉冲宽度（周期的百分数），“Phase delay(secs)”：相位延迟（秒）。
振幅A=3V，周期T=0.02，占空比10%，时相延迟（1/50）x（α/360）s，如右图所示，α为移相控制角⑤示波器设置Number of axes 为5，显示5段波形，分别为脉冲电压Ug，晶闸管两端电压UVT ，负载电流id，负载电压ud，电源电压U2。
⑥电压电流测量无需设置直接使用1.2.4 仿真结果设置触发脉冲α分别为0°、30°、60°、90°、120°。
其产生的相应波形分别如图所示。
在波形图中第一列为脉冲电压Ug波形，第二列为晶闸管两端电压UVT波形，第三列为负载电流id 波形，第四列为负载电压ud波形，第五列为电源电压U2波形。
阻感负载触发角ɑ=0°阻感负载触发角ɑ=30°阻感负载触发角ɑ=60°阻感负载触发角ɑ=90°阻感负载触发角ɑ=120°将阻感性负载改为电阻性负载，再分别设置触发脉冲α为0°、30°、60°、90°、120°。
其产生的相应波形分别如图所示。
电阻负载触发角ɑ=0°电阻负载触发角ɑ=30°电阻负载触发角ɑ=60°电阻负载触发角ɑ=90°电阻负载触发角ɑ=120°2.晶闸管三相桥式整流系统的仿真2.1电路图及工作原理以α=0°为例，6个晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，触发脉冲为宽脉冲宽度大于60°，保证了每个时刻均有两个晶闸管导通，当VT1-VT2导通时桥臂输出电压为Uac，然后VT2-VT3导通输出电压为Ubc，VT3-VT4导通输出电压为Uba，VT4-VT5导通输出电压为Uca，VT5-VT6 导通输出电压为Ucb， VT6-VT1导通输出电压为Uab。
因此输出整流电压Ud波形为线电压在正半周的包络线2.2建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，整体模型如下图所示三相桥式全控整流系统（电阻负载）的仿真模型仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.05，2.3模型参数简介与设置①交流电压源三相交流电源通过三个频率为50Hz、幅值为220V、相位两两相差120°，A相的设置如右图所示，另外两相设置为B相相位滞后A相120°，Phase设置为-120°，C相相位超前A相120°，Phase设置为120°，测量“measurements”三相都要选Voltage，以便使用万用表测量电压②通用桥输入端A,B,C为三相交流的相电压输入端子，输入端g为触发脉冲输入端子，+,-为整流器输出正负极端子。
“Number of bridge arms”：通用整流桥臂的相数，“Snubber resistance Rs（ohms）”：缓冲电阻Rs（Ω），“Snubber capacitance Cs（F）”：缓冲电容Cs（F），“Power Electronic device”：电力电子器件的种类，默认晶闸管“Ron(Ohms)”：器件电阻（Ω），“Lon(H)”：器件电感（H），“Forward voltage Vf(V)”：整流桥门槛电压(伏）.在测量“Measurements”选“Allvoltages and currents”（全部电压和电流）以便测量桥臂晶闸管的电压和电流，其他参数为默认值.如上图所示三相桥式全控整流系统仿真模型要使用两个常量模块，一个提供触发角ɑ的值，一个设置为0连接同步6脉冲触发器的使能端Block ，使其能正常工作。
如右图所示④同步6脉冲触发器输入端alpha_deg 为移相控制角给定信号，用常量模块constant 输入控制角α， 输入端AB,BC,CA 是同步线电压输入端， 输入端Block 是触发器的使能端，当此端置0时，则输出脉冲，输出端Pulse 是触发脉冲的输出，它是一个6维向量，即6个触发脉冲“Frequency of synchronisation voltages(Hz)”：同步电压频率（Hz), “Pulse width(degrees)”：脉冲宽度（度） 频率设置为50Hz ，脉冲用宽脉冲设置为80°，如右图所示⑤万用表三相桥式全控整流系统仿真模型使用了两个万用表，其中一个万用表的参数如右图所示，选中Isw1和Usw1，点击【>>】移入右侧的对话框中，分别测量i VT1，u VT1另一个万用表选择Usrc ：A ，Usrc ：B ， Usrc ：C ，分别测量A,B,C 三相电压⑥示波器三相桥式全控整流系统仿真模型使用了两三个示波器，最主要的一个设置Number of axes 为4，显示4段波形，分别为负载电压u d ，负载电流i d ，脉冲信号电压Ug ， A,B,C 三相电压，与万用表连接的示波器，设置Number of axes 为2，显示2段波形，分别为晶闸管VT1的电压和电流，另一个示波器设置Number of axes 为3，显示3段波形，分别为A,B,C 三相的电流⑦电压电流测量由于同步6脉冲触发器的AB,BC,CA 端为同步线电压输入端，而三相电源提供的是相电压所以要通过三个电压表进行转换，其他电流电压测量无需设置直接使用R=10Ω，L=0H,C=inf（无穷大）2.4 仿真结果设置触发脉冲α=0°，负载电压ud，负载电流id，脉冲信号电压Ug，A,B,C三相电压晶闸管VT1的电压和电流通过A,B,C三相的电流设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、110°，产生的相应波形分别如图所示，第一列为负载电压ud 波形，第二列负载电流id波形，第三列脉冲信号第四列电压Ug波形，A,B,C三相电压波形。